JP2009052748A

JP2009052748A - 変速機用電動駆動装置

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Publication number: JP2009052748A
Application number: JP2008285831A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otaki; 大滝　　亮一; Daisaku Kawada; 大作川田; Hiroshi Suzuki; 鈴木　　寛; Hideki Hashiya; 秀樹橋谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4826621B2

Abstract

【課題】変速ユニットの切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト用アクチュエータ８ａの揺動腕１３ａを揺動変位させる為の機構の効率を向上させる。そして、小型のセレクト用電動モータ９ａを使用しても、迅速な変速動作を可能にする。
【解決手段】セレクト用電動モータ９ａの回転駆動軸５４の回転を、ピニオンギヤ５２とセクタギヤ５６とを介して出力軸１２ａに伝達し、この出力軸１２ａに固定した上記揺動腕１３ａを揺動変位させる。上記ピニオンギヤ５２とセクタギヤ５６とは効率の良い伝達機構を構成する為、上記課題を解決できる。
【選択図】図６

Description

この発明に係る変速機用電動駆動装置は、自動車用変速機の変速比を自動的に、或は運転者の指示に従って切り替える為の駆動装置として利用する。

自動車用の変速機として従来から、運転者がクラッチペダルと共にシフトレバーを操作する事によりギヤを切り換える手動変速機、或は運転状況に応じて変速比を自動的に切り換える自動変速機が、広く使用されている。又、このうちの自動変速機としては、トルクコンバータと遊星歯車機構とを組み合わせたもの、可変式のプーリと無端ベルトとを組み合わせたもの等が、従来から使用されている。更に、従来手動変速機として使用されていた変速ユニットの切り換えを自動的に行なえる様にすると共に、クラッチの断接を自動的に行なえる様にした自動車用変速機も、操作が容易で、しかも伝達効率が一般的な自動変速機に比べて高い事から、近年使用される様になっている。この様な自動車用変速機で変速ユニットを構成するギヤの切り換えを行なう為の構造として従来から、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された変速機用電動駆動装置に就いて、図１６〜２２により説明する。

先ず、図１６〜１９の第１例に就いて説明する。手動変速機と同様の変速ユニットを内蔵したミッションケース１の側面から、この変速ユニットの変速比を切り換える為の切換シャフト２の先端部３を突出させている。この先端部３の中間部には雄スプライン部４を形成しており、この雄スプライン部４に、その内周面に雌スプラインを形成したスプライン筒５をスプライン係合させている。そして、上記先端部３の更に端部で、上記スプライン筒５から突出した部分に、外周面に係合溝６を設けた係合駒７を結合している。

上述の様なスプライン筒５と係合駒７とを組み付けた上記切換シャフト２は、軸方向（図１６の表裏方向、図１７の上下方向）に変位する事によりセレクト動作（一般的な手動式フロアシフト車でシフトレバーを車両の幅方向に変位させる事により行なう動作で、変速の為のギヤを選択する動作）を、回転させる事によりシフト動作（同じくシフトレバーを車両前後方向に変位させる事により行なう動作で、選択したギヤに対応するシンクロメッシュ機構を結合して当該ギヤを動力伝達可能にする動作）を、それぞれ行なわせる。例えば、図２０に示す様に、前進５段（１速〜５速）、後退１段（Ｒ）の６種類の変速状態を実現する変速ユニットで考えた場合、セレクト動作では、何れの変速状態ともならない（シンクロメッシュ機構がフリー状態となっている）ニュートラル状態のまま、図２０の左右方向両端位置と左右方向中央位置との３種類の位置を選択する。又、シフト動作では、このニュートラル状態での３種類の位置から、何れかの方向（図２０の上方又は下方）に変位させ、何れかのシンクロメッシュ機構を接続状態として、何れかの変速状態とする。このうちのセレクト動作を行なわせるべく、上記切換シャフト２を軸方向に変位させる為に、上記ミッションケース１の外面と上記係合駒７との間に、セレクト用アクチュエータ８を設けている。

このセレクト用アクチュエータ８は、図１８に示す様に、セレクト用電動モータ９の出力軸により回転駆動される多条ウォームギヤ１０と、ウォームホイール１１とを噛合させている。そして、このウォームホイール１１の回転中心である出力軸１２に揺動腕１３の基端部を結合固定して、この揺動腕１３を、上記ウォームホイール１１と共に回転する様に構成している。更に、この揺動腕１３の先端部片側面（図１６の左端部上面）に形成した係合凸部１４を、上記係合駒７の係合溝６に係合させて、上記切換シャフト２を、軸方向に変位自在としている。

一方、上記シフト動作を行なわせるべく、上記切換シャフト２を回転させる為に、上記ミッションケース１の外面と前記スプライン筒５の外周面に固設した駆動腕１５の先端部との間に、シフト用アクチュエータ１６を設けている。このシフト用アクチュエータ１６は、図１９に示す様に、略円筒状のシフト用ケース１７の一端部（図１９の左端部）に正転逆転自在なシフト用電動モータ１８を、段付円筒状のモータハウジング１９を介して支持固定している。

又、このモータハウジング１９の内側にボールねじ軸２０の中間部基端寄り部分を、深溝型玉軸受等の転がり軸受２１により、（軸方向の変位を阻止した状態で）回転のみ自在に支持している。そして、上記ボールねじ軸２０の基端部で上記転がり軸受２１よりも突出した部分と、上記シフト用電動モータ１８の出力軸２２とを、回転力の伝達自在に結合している。

又、上記ボールねじ軸２０の周囲にボールナット２３を配置し、このボールねじ軸２０の外周面に形成した雄ボールねじ溝２４と、ボールナット２３の内周面に形成した雌ボールねじ溝２５との間に複数のボール２６を配置して、ボールねじ装置２７を構成している。上記ボールナット２３は、後述の様に自身の回転を阻止されているので、上記ボールねじ軸２０の回転に伴ってこのボールねじ軸２０の軸方向に変位する。又、このボールナット２３の片端面（図の右端面）に、円筒状の出力部材２８の基端部を結合している。

又、上記出力部材２８の中間部外周面は、上記シフト用ケース１７の前端部（図１９の右端部）内周面に係止した滑り軸受２９に摺接させている。又、この出力部材２８の先端部は結合ブラケット３０と結合ピン３１（図１６〜１７）とを介して、前記駆動腕１５の先端部に、揺動変位自在に結合している。又、上記出力部材２８の中間部外周面にこの出力部材２８の軸方向に形成したガイド溝３２に、上記シフト用ケース１７の先端部に固定したガイドピン３３を係合させて、上記出力部材２８及び上記ボールナット２３の回転を防止している。

更に、上記出力部材２８と上記シフト用ケース１７との間に、上記ボールナット２３のストロークの中間位置で係合して、このボールナット２３が軸方向に変位する事に対する抵抗を発生させるディテント機構３４を設けている。このディテント機構３４を構成する為、上記出力部材２８の中間部外周面に摺鉢状の凹孔３５を形成すると共に、上記シフト用ケース１７に設けたシリンダ部３６内にボール３７を、このシフト用ケース１７の直径方向の変位自在に保持している。そして、ばね３８により上記ボール３７を、上記出力部材２８の外周面に向け、弾性的に押し付けている。

上述の様に構成する従来の変速機用電動駆動装置は、次の様にして、前記ミッションケース１に内蔵した変速ユニットのギヤを切り換える。先ず、前記セレクト用アクチュエータ８を構成するセレクト用電動モータ９を所定方向に回転させて、前記揺動腕１３を図１７の上下方向に揺動変位させる。そして、この揺動腕１３の先端部に設けた係合凸部１４より前記切換シャフト２を、前記係合駒７を介して所定方向に軸方向変位させ、セレクト動作を行なう。

この様にしてセレクト動作を行なった後、シフト動作を行なうべく、前記シフト用アクチュエータ１６を伸縮させる事により、前記駆動腕１５を介して上記切換シャフト２を所定方向に回転させる。この様にシフト動作を行なう際には、前記シフト用電動モータ１８により前記ボールねじ軸２０を所定方向に回転させる。そして、前記ボールねじ装置２７により前記ボールナット２３及び出力部材２８を軸方向に変位させて、上記駆動腕１５を押し引きする。

次に、図２１〜２２は、前記特許文献１に記載された従来構造の第２例を示している。本例の場合には、ミッションケース１の開口部分に固定した円輪状の支持プレート３９の内側に回転自在に支持した切換シャフト２の先端部（図２２の上端部）で上記ミッションケース１から突出した部分に、駆動ブラケット４０を固定している。そして、この駆動ブラケット４０の外周面片側に形成した係合溝６ａに、セレクト用アクチュエータ８（図１６〜１８参照）の揺動腕１３の先端部に設けた係合凸部１４を係合させている。又、上記駆動ブラケット４０の外周面他側部分の軸方向両端部に形成した１対の駆動腕１５ａ、１５ａの先端部同士の間にスライドピン４１を、上記切換シャフト２と平行に支持している。そして、このスライドピン４１を、シフト用アクチュエータ１６（図１６、１８、２０参照）の出力部材２８ａの先端部に形成した円孔４２に、揺動並びに軸方向の変位自在に挿通している。
上述の様に構成する第２例の場合も、前述した第１例の場合と同様に、上記揺動腕１３を揺動させる事により上記切換シャフト２を軸方向に変位させて、セレクト動作を行なえる。又、上記出力部材２８ａを軸方向に変位させる事によって、シフト動作を行なえる。

上述した、特許文献１に記載された従来構造の場合、セレクト用アクチュエータ８で、セレクト用電動モータ９の回転運動を揺動腕１３の揺動運動に変換する為の機構として、多条ウォームギヤ１０とウォームホイール１１とから成るウォーム減速機構を使用している。この様なウォーム減速機構は、伝達効率が悪く、上記揺動腕１３を高速で変位させる為には、上記セレクト用電動モータ９として、大型で消費電力が嵩むものを使用しなければならないと言った問題が生じる。セレクト動作に要する力は小さい為、上述の様に、減速機構の伝達効率が悪い事に起因して、大型で消費電力が嵩むセレクト用電動モータ９を使用する事は、変速機用電動駆動装置の設計の自由度確保の面からも、省エネルギ化の面からも好ましくない。

国際公開WO 01/31234 A1

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型で消費電力が少なくて済むセレクト用電動モータの使用を可能な変速機用電動駆動装置を実現すべく発明したものである。

本発明の変速機用電動駆動装置は、前述した従来から知られている変速機用電動駆動装置と同様に、セレクト用アクチュエータと、シフト用アクチュエータとを備える。
このうちのセレクト用アクチュエータは、複数のギヤのうちから所望のギヤを選択する為に切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト動作を、セレクト用電動モータを駆動源として行なわせるものである。
又、上記シフト用アクチュエータは、選択したギヤを動力伝達可能な状態にする為に上記切換シャフトを回転させるシフト動作を、シフト用電動モータを駆動源として行なわせるものである。

この様な本発明の変速機用電動駆動装置では、上記セレクト用アクチュエータは、上記セレクト用電動モータの出力軸により回転駆動されるピニオンギヤと、このピニオンギヤと噛合したセクタギヤと、このセクタギヤと共に揺動する揺動腕とを備えたものである。そして、この揺動腕の先端部を上記切換シャフトの一部に係合させる事により、この揺動腕の揺動に伴ってこの切換シャフトを軸方向に変位自在としている。
又、上記シフト用アクチュエータは、複数のボールを介して互いに螺合したボールねじ軸とボールナットとを備え、上記シフト用電動モータの出力軸によりこれらボールねじ軸とボールナットとのうちの一方の部材を回転駆動自在とし、これらボールねじ軸とボールナットとのうちの何れかの部材で軸方向の変位を自在とされた部材に出力部材の基端部を結合したものである。そして、この出力部材の先端部を、上記切換シャフトを回転させる為の駆動腕の先端部に係合している。

上述の様に構成する本発明の変速機用電動駆動装置は、次の様にして、変速ユニットのギヤを切り換える。先ず、セレクト用アクチュエータを構成するセレクト用電動モータを所定方向に回転させて、ピニオンギヤを介してセクタギヤ並びにこのセクタギヤを固定した揺動腕を揺動変位させる。そして、この揺動腕の先端部により切換シャフトを、軸方向に関して所定の方向に変位させて、セレクト動作を行なう。このセレクト動作に要する力は小さく、又、上記ピニオンギヤとセクタギヤとによる伝達機構の効率は高い。この為、この伝達機構の減速比をあまり大きくせず（ピニオンギヤとセクタギヤとの半径比をあまり大きくせず）、上記揺動腕の変位速度を確保する場合でも、上記セレクト用電動モータとして特に大きな出力を有するものを使用しなくても、上記セレクト動作を迅速且つ確実に行なえる。

この様にしてセレクト動作を行なった後、シフト動作を行なうべく、シフト用アクチュエータにより、駆動腕を介して上記切換シャフトを所定方向に回転させる。この様なシフト動作は、上記シフト用アクチュエータを構成するボールねじ軸とボールナットとのうちの一方の部材を回転させ、他方の部材を軸方向に移動させる事で行なうが、この様にボールねじ軸又はボールナットが軸方向に移動する力は十分に大きくできる。従って、セレクト動作に比べて大きな力を有するシフト動作も、確実に行なえる。
この結果、小型で消費電力が少なくて済むセレクト用電動モータを使用した変速機用電動駆動装置を実現できる。

［本発明の実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例の変速機用電動駆動装置を組み込んだ、自動車用変速装置の１例を示している。エンジン４３のクランクシャフト４４の回転は、クラッチ装置４５を介して変速ユニット４６の入力軸４７に伝達される。そして、この変速ユニット４６の出力を、プロペラシャフト４８を介して駆動輪４９、４９に伝達する様にしている。図１に示した構造の場合、上記クラッチ装置４５は、一般の手動変速機と組み合わされる乾式単板クラッチであり、油圧式、或は電動式のクラッチ用アクチュエータ５０により断接させる様にしている。

そして、上記変速ユニット４６の変速比の切り換えを、本発明の対象である変速機用電動駆動装置により行なう様にしている。この為に、上記変速ユニット４６を収納したミッションケース１ａの外面から突出した切換シャフト２ａを、セレクト用アクチュエータ８ａとシフト用アクチュエータ１６ａとにより駆動自在としている。このうちのセレクト用アクチュエータ８ａは上記切換シャフト２ａを、軸方向（図１の上下方向）に変位させる。これに対して上記シフト用アクチュエータ１６ａは上記切換シャフト２ａを、捻り方向に回転させる。

上記セレクト用アクチュエータ８ａは、図２〜６に示す様に構成している。このセレクト用アクチュエータ８ａは、セレクト用ケース５１に、セレクト用電動モータ９ａと、ピニオンギヤ５２と、出力軸１２ａと、請求項３〜６に記載した位置センサである変位センサ５３とを組み付けて成る。このピニオンギヤ５２は伝達軸５５の中間部外周面に、この伝達軸５５と一体に形成されている。又、この伝達軸５５は、上記セレクト用電動モータ９ａの回転駆動軸５４と同心に配置された状態で上記セレクト用ケース５１内に、１対の玉軸受により回転自在に支持されている。そして、上記回転駆動軸５４の先端部と上記伝達軸５５の基端部とをセレーション係合（スプライン係合を含む）させて、この回転駆動軸５４の回転をこの伝達軸５５に伝達自在としている。この構成により、がたつきの少ない回転伝達部を低コストで得られる様にしている。尚、この場合のセレーション係合の雄・雌は、図示の場合と逆でも良い。

又、上記セレクト用電動モータ９ａは上記セレクト用ケース５１を構成する本体５７の片側面に、取付フランジ６４を挿通したボルト６５、６５により結合固定している。この状態で上記セレクト用電動モータ９ａの先端部が上記本体５７の片側面に形成した凹孔６６内にがたつきなく嵌合し、この先端部に係止したＯリング６７により、この嵌合部をシールする。この構成により、上記伝達軸５５等を設置したセレクト用ケース５１内への雨水等の異物進入を防止すると共に、このセレクト用ケース５１内に封入したグリースの漏洩を防止している。

又、上記出力軸１２ａは上記伝達軸５５と平行に配置された状態で上記セレクト用ケース５１内に、やはり１対の玉軸受により回転自在に支持している。更に、上記出力軸１２ａの中間部外周面にセクタギヤ（扇状歯車）５６を、この出力軸１２ａと一体に設けており、このセクタギヤ５６と上記ピニオンギヤ５２とを噛合させて、上記出力軸１２ａを両方向に所定角度分回転駆動自在としている。この構成により、上記出力軸１２ａを所定角度分、セレクト動作に必要とされるトルクで駆動自在な構造を、コンパクトに実現している。尚、上記セレクト用ケース５１内に、上記セクタギヤ５６及びピニオンギヤ５２を収納自在とする為に、このセレクト用ケース５１を、上記本体５７にカバー５８を被着する事により構成している。又、このセレクト用ケース５１内に封入するグリースは、上記各玉軸受及び上記両ギヤ５２、５６同士の噛合部で互いに同じ種類とする事により、各部の潤滑に使用するグリース同士の混入に伴う劣化を防止する。合わせて、グリースの管理及び充填作業の簡略化による低コスト化を図る。

又、上記出力軸１２ａの先端面（図６の右端面）には凹部５９を、この先端面の直径方向に形成している。又、この先端面中心部でこの凹部５９に位置する部分にねじ孔６０を形成し、この凹部５９内に揺動腕１３ａの基端部を、がたつきなく嵌合させている。そして、この揺動腕１３ａの基端部に形成した通孔６１を挿通した結合ねじ６２を上記ねじ孔６０に螺合し、更に緊締している。この状態で、上記揺動腕１３ａの基端部は上記出力軸１２ａの先端部に結合固定されて、この出力軸１２ａと共に回転自在となる。尚、上記揺動腕１３ａの先端部にはピンを嵌合固定して、前記切換シャフト２ａに固定した係合駒７（図１参照）と係合自在な係合凸部１４ａとしている。尚、この係合凸部１４ａとなるべき上記ピンの先半部（図５〜６の右半部）には高周波熱処理を施して、上記係合凸部１４ａの外周面を焼き入れ硬化している。そして、切換シャフト２ａの端部に固定した係合駒７の係合溝６ｂ（図１参照）との係合に伴う、上記係合凸部１４ａの外周面の摩耗を抑えている。

又、上記セレクト用ケース５１に前記変位センサ５３を、上記出力軸１２ａと同心に支持している。この為に、上記出力軸１２ａを装着する為に前記本体５７の先端部に形成した取付孔６３を、この本体５７の両側面に開口させている。又、この変位センサ５３の検出部６８に突設した係合突起６９を、上記出力軸１２ａの基端部に形成した係合凹部７０に係合させている。そして、この出力軸１２ａの回転を上記検出部６８に伝達自在としている。上記変位センサ５３は、上記検出部６８の回転角度に応じて抵抗値等の電気的特性を変える、ポテンショメータの如きもので、その測定値に基づき、上記出力軸１２ａの揺動角度を検出自在としている。

尚、上記係合凸部１４ａとなるべき上記ピンを上記揺動腕１３ａの先端部に固定する構造に就いては、圧入、ねじ止め等の他、かしめにより行なう事もできる。かしめにより行なう場合でも、上記ピンのうちで高周波熱処理により焼き入れ硬化している部分は、上記係合凸部１４ａの先半部外周面のみである為、かしめ作業は容易に行なえる。かしめにより固定する場合には、上記ピンの基端部を上記揺動腕１３ａの先端部に形成した取付孔に挿入する。そして、このピンの軸方向中間部に形成した外向フランジ状の鍔部若しくはこの軸方向中間部に係止した止め輪の片面を、上記揺動腕１３ａの片面（図５〜６の右面）に突き当てる。そして、上記ピンの端部でこの揺動腕１３ａの他面（図５〜６の左面）から突出した部分を径方向外方にかしめ広げて、この部分と上記鍔部若しくは止め輪との間で、上記揺動腕１３ａの先端部を挟持する。上記ピンの基端部は焼き入れ硬化する事なく生のままとしているので、上記かしめ広げ作業は容易に行なえる。

上述の様な構成を有するセレクト用アクチュエータ８ａは、上記セレクト用ケース５１の本体５７の基端部に固設した取付フランジ７１を挿通した図示しない取付ボルトにより、前記ミッションケース１ａ（図１参照）の外面に結合固定される。上記セレクト用ケース５１に装着する各部材のうち、重量の嵩む前記セレクト用電動モータ９ａは、上記本体５７の基端寄り、即ち、上記取付フランジ７１に近い部分に取り付けている。これに対して、軽量な上記変位センサ５３は、上記本体５７の先端寄り、即ち、上記取付フランジ７１から遠い側に取り付けている。この構成により、運転時に上記ミッションケース１ａから上記セレクト用ケース５１に伝わった振動が成長する事を防止して、上記変位センサ５３の検出値に誤差を生じたり、この変位センサ５３が損傷する事を防止している。

上述の様に構成するセレクト用アクチュエータ８ａにより前記切換シャフト２ａを軸方向に変位させる場合は、前記セレクト用電動モータ９ａへの通電に基づいて、前記ピニオンギヤ５２を所定方向に回転させる。この結果、このピニオンギヤ５２と噛合したセクタギヤ５６を固設した上記出力軸１２ａが回動し、上記揺動腕１３ａが揺動変位する。そして、この揺動腕１３ａの先端部に設けた係合凸部１４ａが、前記係合駒７を介して、上記切換シャフト２ａを軸方向に変位させる。この変位量は、上記出力軸１２ａの回転角度として、上記変位センサ５３により検出される。そこで、この変位センサ５３の検出信号を、上記セレクト用電動モータ９ａへの通電を制御する為の制御器に送れば、上記切換シャフト２ａを所定位置にまで軸方向変位させる事ができる。

尚、図示の例では、前記セレクト用ケース５１の本体５７に対する上記変位センサ５３の取付位置の微調節を容易に行なえる様にしている。即ち、本例の場合には、上記変位センサ５３を収納したホルダ７２を上記セレクト用ケース５１の本体５７に取り付けるべく、このホルダ７２に、図４に示す様に、フランジ部７３、７３を設けている。そして、これら両フランジ部７３、７３に形成した通孔７４、７４を挿通した取付ねじ７５、７５を上記本体５７に形成したねじ孔に螺合し更に緊締している。本例の場合、上記各通孔７４、７４を、上記揺動腕１３ａの揺動中心である、上記出力軸１２ａの中心線上の点をその中心とする、円弧状の長孔としている。この構成により、本体５７に対する上記変位センサ５３の取付位置の微調節を容易に行なって、上記揺動腕１３ａの揺動位置を適正に検出できる様にしている。

又、図示の例では、上記本体５７に対する上記セレクト用電動モータ９ａ及び変位センサ５３の取り付け方向を同じとして、これら両部材９ａ、５３の組み付けを容易に行なえる様にしている。即ち、上記セレクト用電動モータ９ａ及び変位センサ５３を何れも、上記本体５７に対して図６の左方から組み付ける様にしている。従って、上記セレクト用電動モータ９ａ及び変位センサ５３に付属のハーネスの取り回しが容易になる等、上記組み付け作業の容易化を図れる。

尚、図示の例では、上記変位センサ５３として接触式のものを使用しているが、この変位センサ５３としては、近接センサ等の非接触式のセンサを使用する事もできる。非接触式のセンサを使用すれば、運転時に加わる振動により、前記係合突起６９と係合凹部７０との接触部が摩耗する等の問題が生じる事をなくせる。尚、この様な場合に使用する非接触式のセンサの検出機構としては、光学式、電磁式、ホールＩＣを使用したもの等、従来から知られている各種機構を使用できる。この場合に、非接触式のセンサ（接触式の場合も同様）は、上記揺動腕１３ａの揺動の全範囲で位置検出できるものである必要はない。セレクト動作を行なう為に必要な位置、即ち、揺動の両端位置と中央位置との３個所位置を検出できるものであれば良い。

更には、変位センサ５３が接触式、非接触式に関係なく、この変位センサ５３の検出信号をワイヤレス通信により、制御器側に送る様に構成する事もできる。検出信号をワイヤレス送信する事により、上記変位センサ５３に付属のハーネスを省略できる。尚、この場合には、この変位センサ５３として、電池を内蔵したものを使用する。或は、ハーネスが必須となる、上記セレクト用電動モータ９ａの側から電力を供給する事もできる。このセレクト用電動モータ９ａと上記変位センサ５３とは隣接している為、このセレクト用電動モータ９ａから変位センサ５３に電力を供給する為のハーネスを設ける事は容易である。

次に、前記シフト用アクチュエータ１６ａは、図７〜１０に示す様に構成している。このシフト用アクチュエータ１６ａは、アルミニウム合金の如き軽金属等の非鉄金属製で略円筒状のシフト用ケース１７ａの一端部（図７、８、１０の左端部）に、正転逆転自在なシフト用電動モータ１８ａを支持固定している。この為に本例の場合には、上記シフト用ケース１７ａの一端部に段付円筒状の外径側嵌合部７６を設け、この外径側嵌合部７６に、上記シフト用電動モータ１８ａの先端部（図７、８、１０の右端部）に形成した内径側嵌合部７７を内嵌している。この内径側嵌合部７７の外周面に形成した係止溝にはＯリング７８を装着し、このＯリング７８をこの係止溝の底部と上記外径側嵌合部７６の内周面との間で弾性的に圧縮している。この状態で、上記シフト用電動モータ１８ａの先端部外周面及び上記シフト用ケース１７ａの基端部外周面に形成した結合フランジ同士を突き合わせ、これら両結合フランジを結合ボルト７９、７９により結合している。

尚、上記Ｏリング７８を上記外径側嵌合部７６に押し込みつつ、上記シフト用ケース１７ａと上記シフト用電動モータ１８ａとを組み合わせる場合、このシフト用電動モータ１８ａ内の圧力が上昇する。この様な圧力上昇を抑えて、上記シフト用ケース１７ａの先端部内周面と後述する出力部材２８ａの外周面との間に設けたシールリング９３が捲れるのを防止する為に、上記シフト用ケース１７ａの一部に空気抜きの為の小孔を形成する事もできる。この様な小孔は、組立完了後に樹脂（接着剤）により塞いでおく。但し、上記シールリング９３の組付けを最後に行なう場合、或は、圧力上昇が限られたものである場合には、この様な配慮は不要である。

上記Ｏリング７８は、上記シフト用ケース１７ａ内への雨水等の異物進入を防止すると共に、このシフト用ケース１７ａ内に封入したグリースの漏洩を防止する。尚、このグリースは、このシフト用ケース１７ａ内に設けた各転がり接触部の潤滑の他、後述する出力部材２８ａの外周面と滑り軸受２９の内周面との滑り接触部の潤滑を行なう。この様に各部を潤滑するグリースに関しても、シフト用アクチュエータ１６ａ全体として同種のものを使用して、混入に伴う劣化を防止すると共に、グリースの管理及び充填作業の簡略化による低コスト化を図る。尚、上記シフト用電動モータ１８ａに関しては、前記セレクト用電動モータ９ａ（図３〜６）と同じ仕様（同一種類）のものを使用する事が、コスト低減を図る面から好ましい。即ち、上記両モータ１８ａ、９ａの仕様を同じとする事により、量産効果によるコスト低減の他、制御回路の一部共通化によるコスト低減、誤組み付け防止の為の配慮等が不要になる。又、上記両モータ１８ａ、９ａとして、直流４２Ｖ等、従前の自動車用バッテリに比べて高い電源電圧で駆動されるものを使用する事が、これら両モータ１８ａ、９ａの小型化と変速操作の迅速化とを両立させる面から好ましい。

又、上記シフト用ケース１７ａの内側中間部基端寄り部分にボールねじ軸２０ａの中間部基端寄り部分を、深溝型玉軸受等の転がり軸受２１により、（軸方向の変位を阻止した状態で）回転のみ自在に支持している。そして、上記ボールねじ軸２０ａの基端部で上記転がり軸受２１よりも突出した部分と、上記シフト用電動モータ１８ａの出力軸２２とを、前述したセレクト用アクチュエータ８ａの場合と同様にセレーション係合（スプライン係合を含む）させて、上記出力軸２２の回転を上記ボールねじ軸２０ａに伝達自在としている。尚、この場合のセレーション係合の雄・雌に関しても、図示の場合と逆でも良い。更には、上記ボールねじ軸２０ａを、上記シフト用電動モータ１８ａの出力軸２２と一体にしても良い。一体にする事で、これらボールねじ軸２０ａと出力軸２２との結合作業を省略できる他、結合部でのがたつきを完全になくす事ができる。

尚、上記転がり軸受２１の外輪８０と内輪８１とのうちの外輪８０は、上記シフト用ケース１７ａの内周面に形成した段部８２に外輪間座８３を介して突き当てた状態で、円筒状の抑えナット８４によりこの段部８２に向け抑え付け、上記シフト用ケース１７ａの内周面に固定している。尚、上記外輪間座８３の内径は、この外輪間座８３に請求項７に記載したストッパとしての役目を持たせる為、後述するボールナット２３ａの外径よりも小さくしている。一方、上記内輪８１は、上記ボールねじ軸２０ａの中間部外周面に係止した止め輪８５（或はこのボールねじ軸２０ａと一体の鍔部）とこのボールねじ軸２０ａの基端部外周面に形成した雄ねじ部に螺着した抑えナット８６との間で挟持する事により、上記ボールねじ軸２０ａの外周面に固定している。又、上記外輪間座８３に上記ストッパとしての役目を持たせる為に、上記止め輪８５の両側面のうちで上記ボールナット２３ａに対向する面は、上記外輪間座８３の両側面のうちでこのボールナット２３ａに対向する面よりも軸方向（図１０の左方）に凹ませている。

従って、このボールナット２３ａが図１０の状態から左方に移動した場合には、図１１に示す様に、このボールナット２３ａの端面が上記外輪間座８３に突き当たり、上記止め輪８５に突き当たる事はない。この様に構成する理由は、上記ボールナット２３ａの軸方向端面が上記ボールねじ軸２０ａに固定の部分に突き当たる事を防止して、これらボールナット２３ａとボールねじ軸２０ａとの間に配置したボールの食い込みに伴う作動不良の発生を防止する為である。

又、上記ボールねじ軸２０ａの周囲に上記ボールナット２３ａを配置し、このボールねじ軸２０ａの外周面に形成した雄ボールねじ溝と、ボールナット２３ａの内周面に形成した雌ボールねじ溝との間に複数のボールを配置して、ボールねじ装置２７ａを構成している。尚、上記ボールねじ軸２０ａと上記ボールナット２３ａと上記各ボールとは、何れも軸受鋼等の鉄系金属とし、熱膨張量の差を小さくして、使用温度の変化に伴うがたつきの発生を防止している。又、少なくとも互いに転がり接触する部分には熱処理による硬化層を形成して、当該部分の転がり疲れ寿命を確保している。この場合に行なう熱処理としては、焼き入れ・焼き戻し、浸炭、浸炭窒化、高周波熱処理等のうちから、材料に応じた適切なものを選択する。尚、硬化層の表面硬度はＨＲｃ５５以上、厚さは０．１〜１．５mm程度とする事が好ましい。尚、上記複数のボールに関しては、窒化珪素等のセラミック製のボールを使用する事もできる。セラミック製のボールを使用すれば、転がり接触部分で金属接触の発生を確実に防止し、仮に潤滑不良が生じた場合でも、焼き付き等のより重大な損傷に結び付きにくくできる。

又、ボールねじ軸２０ａの外周面に雄ボールねじ溝を加工する方法、及び、ボールナット２３ａの内周面に雌ボールねじ溝を加工する方法は、切削加工等、従来から知られている各種方法を採用できるが、塑性加工により造れば、優れた耐久性を有する高品質のねじ溝を低コストで造れる。この場合に使用する塑性加工としては、雄ボールねじ溝に関しては転造加工が、雌ボールねじ溝に関しては冷間鍛造が、それぞれ適切である。

何れにしても、上記ボールねじ装置２７ａには、軸方向隙間が１〜２５０μｍ程度の正の隙間を持たせる事が、消費エネルギの低減と耐久性を向上させる面から好ましい。即ち、上記ボールねじ装置２７ａに負の隙間を持たせた（予圧を付与した）場合には、前記シフト用電動モータ１８ａの消費エネルギが増大する。しかも、運転時に絶えずエンジンから加わる、２００〜３００Ｈｚ程度の振動によって、無負荷状態でボールが振動変位する事により、上記各ボールねじ溝にフレッチング摩耗が発生し易くなる。これに対して、上記軸方向隙間を１〜２５０μｍ程度の正の値にすれば、上記シフト用電動モータ１８ａの消費エネルギを低減できるだけでなく、上記フレッチング摩耗を抑えられる。尚、この軸方向隙間の値を３００μｍ以上にすると、やはりフレッチング摩耗が発生し易くなる。

前記ボールナット２３ａは、後述の様に自身の回転を阻止されているので、前記ボールねじ軸２０ａの回転に伴ってこのボールねじ軸２０ａの軸方向に変位する。又、このボールナット２３ａの片端面（図１０の右端面）には円柱状の出力部材２８ａの基端部を結合している。この為に本例の場合には、この出力部材２８ａの基端部内周面に形成した大径部８７を、上記ボールナット２３ａの先端面（図１０の右端面）中央部に突設した円筒状の結合用突部８８に、がたつきなく外嵌している。そして、上記出力部材２８ａの基端縁を、この結合用突部８８の基端部外周面に形成した係止溝８９に向けかしめ付ける事により、上記出力部材２８ａと上記ボールナット２３ａとを結合固定している。この構成により、これら出力部材２８ａとボールナット２３ａとの間で両方向のスラスト力をがたつきなく伝達可能な構造を、低コストで実現している。尚、上記出力部材２８ａの基半部（図１０の左半部）は中空円筒状として、上記ボールねじ軸２０ａとの干渉を防止している。この構成により、上記ボールナット２３ａの軸方向長さが必要以上に長くなる事を防止しつつ、必要とするストロークを確保している。

尚、上記出力部材２８ａは、使用時に外気に曝される為、防錆を考慮した材質とする事が好ましい。この為には、上記出力部材２８ａ全体をステンレス鋼製としたり、この出力部材２８ａの外周面で少なくとも使用時に前記シフト用ケース１７ａから露出する部分に、メッキ層或は樹脂皮膜等の防蝕皮膜を形成する。この構成により、上記出力部材２８ａの外周面が腐蝕する事を防止し、腐蝕に基づいてこの出力部材２８ａの外周面と次述する滑り軸受２９の内周面との間の摺動抵抗が増大する事を防止している。

又、上記出力部材２８ａの中間部外周面は、上記シフト用ケース１７ａの前端部（図７、８、１０の右端部）内周面に係止した滑り軸受２９に摺接させている。この滑り軸受２９の軸方向寸法は十分に確保して、上記出力部材２８ａに加わるモーメント荷重に対する剛性を確保している。又、この出力部材２８ａの先端部は二股に形成して、図１２〜１４に示す様に、前記切換シャフト２ａの端部にスプライン係合させた駆動腕１５ｂの中間部に結合している。即ち、この駆動腕１５ｂの中間部に、上記切換シャフト２ａの径方向に長い長孔９０を形成すると共に、この中間部を上記出力部材２８ａの先端面に径方向に形成した凹部９１に挿入している。そして、この凹部９１を横切る状態で上記出力部材２８ａの先端部に固定したピン９２を、上記長孔９０に係合させている。本例の変速機用電動駆動装置はこの様に構成する事により、上記シフト用ケース１７ａを前記ミッションケース１ａの外面に固定した状態で、上記切換シャフト２ａを揺動変位自在としている。尚、前述した様に、シフト用ケース１７ａはアルミニウム合金等の非鉄系金属製で、上記ミッションケース１ａと同系列の材料により造られている。この為、シフト用ケース１７ａの軽量化を図れると共に、このシフト用ケース１７ａとミッションケース１ａとの熱膨張係数の差を小さくして、使用温度の変化に伴うがたつきの発生を防止している。

又、本例の場合には、図８に示す様に、前記ボールナット２３ａの外周面に軸方向に形成したガイド溝３２ａに、上記シフト用ケース１７ａの先端部に固定したガイドピン３３ａを係合させて、上記出力部材２８ａ及び上記ボールナット２３ａの回転を防止している。但し、この様なガイド溝３２ａとガイドピン３３ａとによる回り止め構造は、必ずしも設ける必要はない。即ち、本例の場合には、上述の様に、駆動腕１５ｂと凹部９１との係合に基づいて上記出力部材２８ａ及びこの出力部材２８ａを固定した上記ボールナット２３ａの回転を防止している。従って、上記ガイド溝３２ａとガイドピン３３ａとによる回り止め構造は省略しても良い。又、ガイドピンによる回り止め構造を設ける場合でも、図８に示す様にねじ止めにより上記ガイドピン３３ａを上記シフト用ケース１７ａに固定する構造に限らず、図１４に示す様に、単なる円柱状のガイドピン３３ｂをシフト用ケース１７ａに嵌合固定する構造を採用する事もできる。

上述の様に構成する本例の変速機用電動駆動装置は、次の様にして、前記ミッションケース１ａに内蔵した変速ユニットのギヤを切り換える。先ず、前記セレクト用アクチュエータ８ａを構成するセレクト用電動モータ９ａを所定方向に回転させて、前記揺動腕１３ａを図１、２、６の上下方向に揺動変位させる。そして、この揺動腕１３ａの先端部に設けた係合凸部１４ａより前記切換シャフト２ａを、前記係合駒７を介して所定方向に軸方向変位させ、セレクト動作を行なう。この場合に上記切換シャフト２ａの軸方向位置は、前記変位センサ５３により検出する。

この様にしてセレクト動作を行なった後、シフト動作を行なうべく、前記シフト用アクチュエータ１６ａを伸縮させる事により、前記駆動腕１５ｂを介して上記切換シャフト２ａを所定方向に回転させる。この様にシフト動作を行なう際には、前記シフト用電動モータ１８ａにより前記ボールねじ軸２０ａを所定方向に回転させる。そして、前記ボールねじ装置２７ａにより前記ボールナット２３ａ及び出力部材２８ａを軸方向に変位させて、上記駆動腕１５ｂを押し引きする。この際に上記シフト用アクチュエータ１６ａは、ニュートラル状態に対応する中立状態（長さ寸法が中間の状態）から全伸長状態又は全収縮状態に変位する。この様に、セレクト動作とシフト動作とを順次行なう変速作業は、セレクト方向（Ｘ方向）の変位とシフト方向（Ｙ方向）の変位とを互いに関連付けつつ、制御器からの電気的制御により行なう。

［本発明の実施の形態の第２例］
次に、図１５は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、セレクト用アクチュエータ８ａを納めるセレクト用ケース５１ａと、シフト用アクチュエータ１６ａを納めるシフト用ケース１７ｂとを一体としている。そして、これら両ケース５１ａ、１７ｂで共通の取付フランジ７１ａをミッションケース１ａ（図１）の外面に結合する事によって、上記両アクチュエータ８ａ、１６ａをこの外面に固定自在としている。本例の場合には、この様な構成を採用する事により、上記両アクチュエータ８ａ、１６ａの取付スペースを低減可能にすると共に、取付作業の容易化を図っている。

尚、上述の各例は、シフト用アクチュエータとして、ボールねじ軸を軸方向移動させる事なく回転させ、ボールナットを回転させる事なく軸方向に移動させる構造を示した。但し、本発明の変速機用電動駆動装置を構成するシフト用アクチュエータを構成するボールねじ装置は、この様な構造に限定されず、他の３種類の構造を採用する事もできる。第一の構造は、回転も軸方向移動もしないボールナットに対してボールねじ軸を、回転及び軸方向移動自在に係合させる構造である。第二の構造は、回転のみで軸方向移動しないボールナットに対してボールねじ軸を、回転を阻止した状態で軸方向移動自在に係合させる構造である。第三の構造は、回転も軸方向移動もしないボールねじ軸に対してボールナットを、回転及び軸方向移動自在に係合させる構造である。

本発明の実施の形態の第１例の全体構成を示す略平面図。セレクト用アクチュエータの正面図。同じく平面図。同じく背面図。同じく左側面図。図２のＡ−Ａ断面図。シフト用アクチュエータの平面図。同じく正面図。同じく右側面図。図８のＢ−Ｂ断面図。ボールナットを端部まで移動させた状態で示す、図１０の中央部拡大図。シフト用アクチュエータと駆動腕とを連結した状態を示す正面図。図１２のＣ−Ｃ断面図。ボールナットの回り止め構造の別例を示す断面図。本発明の実施の形態の第２例を示す、セレクト用アクチュエータとシフト用アクチュエータとを一体化した構造の平面図。従来の変速機用電動駆動装置の第１例を示す平面図。図１６のＤ−Ｄ断面図。同Ｅ−Ｅ断面図。同Ｆ−Ｆ断面図。変速機のシフトパターンの１例を示す略平面図。従来の変速機用電動駆動装置の第２例を示す部分平面図。図２１のＧ−Ｇ断面図。

符号の説明

１、１ａミッションケース
２、２ａ切換シャフト
３端部
４雄スプライン部
５スプライン筒
６、６ａ、６ｂ係合溝
７係合駒
８、８ａセレクト用アクチュエータ
９、９ａセレクト用電動モータ
１０多条ウォームギヤ
１１ウォームホイール
１２、１２ａ出力軸
１３、１３ａ揺動腕
１４、１４ａ係合凸部
１５、１５ａ、１５ｂ駆動腕
１６、１６ａシフト用アクチュエータ
１７、１７ａ、１７ｂシフト用ケース
１８、１８ａシフト用電動モータ
１９モータハウジング
２０、２０ａボールねじ軸
２１転がり軸受
２２出力軸
２３、２３ａボールナット
２４雄ボールねじ溝
２５雌ボールねじ溝
２６ボール
２７、２７ａボールねじ装置
２８、２８ａ出力部材
２９滑り軸受
３０結合ブラケット
３１結合ピン
３２、３２ａガイド溝
３３、３３ａ、３３ｂガイドピン
３４ディテント機構
３５凹孔
３６シリンダ部
３７ボール
３８ばね
３９支持プレート
４０駆動ブラケット
４１スライドピン
４２円孔
４３エンジン
４４クランクシャフト
４５クラッチ装置
４６変速ユニット
４７入力軸
４８プロペラシャフト
４９駆動輪
５０クラッチ用アクチェータ
５１、５１ａセレクト用ケース
５２ピニオンギヤ
５３変位センサ
５４回転駆動軸
５５伝達軸
５６セクタギヤ
５７本体
５８カバー
５９凹部
６０ねじ孔
６１通孔
６２結合ねじ
６３取付孔
６４取付フランジ
６５ボルト
６６凹孔
６７０リング
６８検出部
６９係合突起
７０係合凹部
７１、７１ａ取付フランジ
７２ホルダ
７３フランジ部
７４通孔
７５取付ねじ
７６外径側嵌合部
７７内径側嵌合部
７８０リング
７９結合ボルト
８０外輪
８１内輪
８２段部
８３外輪間座
８４抑えナット
８５止め輪
８６抑えナット
８７大径部
８８結合用突部
８９係止溝
９０長孔
９１凹部
９２ピン
９３シールリング

Claims

複数のギヤのうちから所望のギヤを選択する為に切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト動作を、セレクト用電動モータを駆動源として行なわせるセレクト用アクチュエータと、選択したギヤを動力伝達可能な状態にする為に上記切換シャフトを回転させるシフト動作を、シフト用電動モータを駆動源として行なわせるシフト用アクチュエータとを備えた変速機用電動駆動装置であって、上記セレクト用アクチュエータは、上記セレクト用電動モータの出力軸により回転駆動されるピニオンギヤと、このピニオンギヤと噛合したセクタギヤと、このセクタギヤと共に揺動する揺動腕とを備えたものであり、この揺動腕の先端部を上記切換シャフトの一部に係合させる事により、この揺動腕の揺動に伴ってこの切換シャフトを軸方向に変位自在としており、上記シフト用アクチュエータは、複数のボールを介して互いに螺合したボールねじ軸とボールナットとを備え、上記シフト用電動モータの出力軸によりこれらボールねじ軸とボールナットとのうちの一方の部材を回転駆動自在とし、これらボールねじ軸とボールナットとのうちの何れかの部材で軸方向の変位を自在とされた部材に出力部材の基端部を結合したものであって、この出力部材の先端部を、上記切換シャフトを回転させる為の駆動腕の先端部に係合している、変速機用電動駆動装置。
セレクト用アクチュエータを納めるセレクト用ケースとシフト用アクチュエータを納めるシフト用ケースとが一体であり、これら両ケースで共通のフランジをミッションケースの外面に結合する事によって、上記両アクチュエータをこの外面に固定自在とした、請求項１に記載した変速機用電動駆動装置。
セレクト用アクチュエータを構成する揺動腕の揺動位置を検知する為の位置センサが設けられており、このセレクト用アクチュエータを納めるセレクト用ケースに、このセレクト用ケースをミッションケースの外面に結合する為のフランジが設けられており、このセレクト用ケースに対してセレクト用電動モータを組み付ける位置を、同じく上記位置センサとを組み付ける位置よりも上記フランジに近い部分とした、請求項１〜２の何れかに記載した変速機用電動駆動装置。
位置センサを収納したホルダをセレクト用ケースに取り付けるべく、このホルダのフランジ部に形成した、取付ねじ挿通用の通孔を、揺動腕の揺動中心をその中心とする円弧状の長孔とした、請求項３に記載した変速機用電動駆動装置。
セレクト用ケースに対して位置センサ及びセレクト用電動モータを、同じ側から着脱自在とした、請求項３〜４の何れかに記載した変速機用電動駆動装置。
位置センサが非接触式である、請求項３〜５の何れかに記載した変速機用電動駆動装置。
シフト用アクチュエータを構成するボールナットの軸方向端面がボールねじ軸に固定の部分に突き当たる事を防止するストッパを、上記シフト用アクチュエータを収納したシフト用ケースの内周面に設けた、請求項１〜６の何れかに記載した変速機用電動駆動装置。